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Mit einem Hauptfahrzeug verbundenes Gerät zum Abbauen von
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auf dem Meeresboden befindlichen Materialien Die Erfindung betrifft
ein über elastische Leitungen mit einem an der Wasseroberfläche befindlichen Hauptfahrzeug
verbundenes Gerät mit einer an einer Auslegeranordnung gelagerten Grabeinheit zum
Abbauen von auf dem Meeresboden befindlichen Materialien.
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In dem Aufsatz P. Kausch: Technische Möglichkeiten der Gewinnung von
Mineralien aus dem Meer, Glückauf 106(1970)9, S. 422-427, ist im Zusammenhang mit
Bild 9 ein projektiertes, auf Raupenfahrwerken bewegbares, fernsteuerbares Gewinnungs-und
Teilaufbereitungsgerät beschrieben, das an seiner Frontseite einen schräg gestellten
beweglichen Rüssel aufweist, in dessen Ende ein Hummerscherenlader die Materialien
vom Meeresboden aufnimmt und einem in dem Rüssel angeordneten Kettenförderer übergibt.
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Dieses bekannte Gerät ist in erster Linie lediglich geeignet, auf
einigermaßen festem, griffigem Boden zu fahren. Nachteilig erweisen sich für dieses
Gerät jedoch lose Aufschüttungen auf dem Meeresboden, Schlickablagerungen und Bodenunebenheiten,
insbesondere Steigungen, die bei dem Gerät zum Einsacken und Durchrutschen der Raupenfahrwerke
bis hin zu einer völligen Bewegungsunfähigkeit führen können. Außerdem ist das Gerät
lediglich fähig, sich auf dem Meeresboden linear zu bewegen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten
Art derart weiterzuentwickeln, daß es ohne fremde Hilfsmittel sowohl auf dem Meeresboden
in Längs- und Querrichtung verfahrbar ist, als auch zwischen der Meeresoberfläche
und dem Meeresboden heb-und senkbar und - auch entgegen Strömungen - in Längs-und
Querrichtung verfahrbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gerät ein
Rahmengestell aufweist, das mit einer Vielzahl von Ballasttanks und mit mindestens
einem zur Beschleunigung von Wasser geeigneten Antriebsaggregat ausgerüstet ist,
und daß die die Grabeinheit tragende Auslegeranordnung um eine senkrechte Achse
auf dem Rahmengestell schwenkbar ist und mit mindestens einem separaten zur Beschleunigung
von Wasser geeigneten Antriebsaggregat ausgerüstet ist.
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Es ist nun möglich, das Gerät mit Hilfe der Ballasttanks von der Meeresoberfläche
auf den Meeresboden abzusenken bzw. umgekehrt auftauchen zu lassen. Mit Hilfe des
bzw.
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der Antriebsaggregate kann das Gerät unter Wasser bewegt werden.
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Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter-ansprüchen
beschrieben. So ist es möglich, die Auslegeranordnung mit der Grabeinheit durch
ein quer zur Auslegeranordnung ausgerichtetes Antriebsaggregat nach den Ansprüchen
4 und 5 seitlich zu bewegen. Außerdem kann die Grabeinheit an der gemäß Anspruch
7 teleskopartig ausgebildeten Auslegeranordnung mit Hilfe eines schwenkbaren Antriebsaggregats
oder mit Hilfe eines in Richtung der Auslegeranordnung ausgerichteten Antriebsaggregats
relativ
zum Rahmengestell bewegt werden, wodurch die Anzahl der
Nachrückbewegungen des Rahmengestells sehr niedrig gehalten werden können. Mit Hilfe
in der Länge verstellbarer Beine nach Anspruch 8 ist es möglich, das Gerät auch
auf unebenem Meeresboden einwandfrei abzusetzen Die mit der Erfindung erzielbaren
Vorteile bestehen im wesentlichen in einer ausgezeichneten Beweglichkeit des Gerätes
auf und über dem Meeresboden - auch bei ungünstiger Bodenbeschaffenheit wie z.B
Schlick, losen Aufschüttungen oder Fels mit starken Höhenunterschieden - und im
Wegfall sonst notwendiger Bergungsgeräte zum Heben des Gerätes auf dem Hauptfahrzeug.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben Es zeigen Fig. 1 ein
Ausführungsbeispiel eines Gerätes, zum Abbauen von Materialien auf dem Meeresboden
im Längsschnitt Fig. 2 dasselbe Gerät in der Draufsicht Fig. 3 die Anlenkung des
Schwenkarms am Rahmengestell in einem aus zugswaisen Längsschnitt Fig 4 die teleskopartige
Rahmenkonstruktion, bestehend aus dem Schwenkarm und dem Brückenträger in einem
auszugsweisen Querschnitt längs der Linie IV-IV Fig 1 Fig 5 das Rahmengestell und
die Rahmenkonstruktion in liner auszugsweisen Ansicht von hinten
Fig.
6 ein am Rahmengestell befestigter und mit dem Schwenkarm gekoppelter Schwenktrien
in einer auszugsweisen Seitenansicht Fig. 7 den Schwenktrieb in einem wa@gerechten
Schnitt und die hydraulische Steuerung für seine Betätigung Fig. 8 das auf der Auslegeranordnung
angeordnete Antriebsaggregat und dessen Antriebssteuerung Fig. 9 die elektrische
Schaltung zwischen den in den Figuren 7 und 8 dargestellten hydraulischen Steuerungen.
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Das Gerät zum Abbauen von auf dem Mee-esboden befindlichen Materialien
besteht im wesentlichen aus dem Rahmengestell 1 und der Auslegeranordnung . Das
Rahmengestell 1 stützt sich auf vier Ballasttanks 3a,3b,3c, 3d ab. Zwei der Ballasttanks
3a, 3b weisen einen großen Abstand voneinander auf, während ii beiden anderen Ballasttanks
3c, 3d dicht bei einander ngeordnet sind.
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Dadurch ergibt sich für das Rahmengestell 1 im wesentlichen eine Dreipunktabstützung.
Diese Anordnung der Ballasttanks ist insbesondere auf nicht ebenem Meeresboden von
Vorteil, da sich immer eine statisch einwand freie Auflagerung ergibt. In Weiterbildung
dieses Ausführungsbeispiels stützt sich --ss Rahmengestell 1 über in der Länge hydraulisch
verstellbare Stützbeine 4 auf den Ballasttanks ab. Mit Hiiffl:e dieser Stützbeine
4 ist es möglich, das Gerät immer @@ @@@@@@@ter Ausrichtung zu halten. Im Bereich
der @@@@ @@@@ @@@@@ angeordneter
Ballasttanks 3a, 3b ist an der
Oberseite des Rahmengestells 1 eine Laufbahn 5 angeordnet, die in Form eines Kreisabschnittes
ausgebildet ist, durch dessen Mittelpunkt eine fest mit dem Rahmengestell 1 verbundene
Schwenkachse 6 angeordnet ist. Den weit auseinander angeordneten Ballasttanks 3a
und 3b ist jeweils ein mit einem Propeller 7 versehenes Antriebsaggregat 8 zugeordnet.
Die Antriebsaggregate 8 weisen jeweils ein vom Propeller weg sich konisch verjüngendes
Gehäuse 9 auf.
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An den beiden weit auseinander angeordneten Ballasttanks 3a und 3b
befinden sich weiterhin jeweils ein von einem Hydraulikzylinder 10 heb- -und senkbarer
Arretierstift 11.
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Die Auslegeranordnung 2 besteht aus einer teleskopartigen Rahmenkonstruktion
und dem eigentlichen Ausleger 12.
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Die teleskopartige Rahmenkonstruktion besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus dem Schwenkarm 13 und einem darüberliegenden Brückenträger 14. Der Schwenkarm
13 ist an seinem hinteren Ende auf einem auf dem Rahmengestell 1 befestigten Bolzen
15 gelagert und stützt sich an seinem vorderen Ende über Laufrollen 16 auf der Laufbahn
5 des Rahmengestells 1 ab Der Schwenkarm 13 weist in seiner Längsrichtung Rohre'17
auf, die an den Enden des Schwenkarms an Platten 18 befestigt sind. An der hinten
gelegenen Platte 18 sind Konsolen 1-9 befestigt, mit denen der Schwenkarm 13 auf
dem Zapfen 15 gelagert ist.
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Zwischen den beiden oberen Rohren 17 des Schwenkarms 13 sind waagerecht
angeordnete Walzenkörper 20 gelagert.
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Zwischen den beiden oberen Rohren 17 des Schwenkarms 13 sind waagerecht
angeordnete Walzenkörper 20 gelagert.
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Zwischen den Rohren 17 an der Unterseite sind Verbindungsrohre 21
angeordnet. Senkrecht zwischen den oberen und unteren Rohren 17 sind auf jeder Seite
Walzenkörper 22 angeordnet.
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Der Brückenträger 14 ist ebenfalls als Rohrkonstruktion ausgebildet.
Er weist im wesentlichen drei Paare von in Längsrichtung angeordneten Rohren 23,
24 und 25 auf.
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Zwischen den beiden Rohren 24 sind waagerecht ausgerichtete Verbindungsrohre
26 angeordnet. An der Unterseite der Rohre 26 sind durchgehende Laufbleche 27 angebracht.
Zwischen den Rohren 23, 24, 25 sind senkrechte Verbindungsrohre 28 bzw. 29 angeordnet,
wobei an den Verbindungsrohren 29 jeweils an der Innenseite durchgehende Laufbleche
30 angeordnet sind.
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Der Brückenträger 14 liegt mit dem Laufblech 27 auf den Walzenkörpern
20 auf und berührt mit seinen Laufblechen 30 die senkrechten Walzenkörper 22 des
Schwenkarms 13.
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Die Laufbleche 27 und 30 weisen etwa die gleiche Länge wie der Brückenträger
14 auf und sind damit wesentlich länger als der Schwenkarm 13, so daß der Brückenträger
14 relativ zum Schwenkarm 13 beweglich ist. Um den Brückenträger 14 gegenüber dem
Schwenkarm 13 feststellen zu können, ist ein druckfederbelasteter Arretierbolzen
31 vorgeshen, der durch einen auf den unteren Rohren 17, 21 des Schwenkarms 13 befestigten
Druckmittelzylinder 32 betätigbar und in entsprechende Ausnehmungen 42 des Laufbleches
27 einrastbar ist.
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An seinem hinteren Ende ist der Brückträger 14 mit zwei in der Länge
veränderbaren Stützbeinen 33 ausgerüstet.
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Die Stützbeine weisen einen Druckmittelzylinder 34 auf, an dessen
Kolbenstange eine Fußplatte 35 angeordnet ist.
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Auf dem Brückenträger 14 ist ein mit einem Drehantrieb 36 versehenes
weiteres Antriebsaggregat 37 angeordnet, wobei das Antriebsaggregat 37 - wie die
Antriebsaggregate 8 - vorteilhafterweise einen Propeller 7 aufweist.
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Durch den Drehantrieb 36 kann das Antriebsaggregat 37 sowohl in Längsrichtung
als auch quer zum Bvrückenträger ausgerichtet werden.
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An dem vorderen Ende des Brückenträgers 14 ist der Ausleger 12 um
eine waagerechte Achse 38 schwenkbar angeordnet und mit Hilfe eines am Brückenträger
14 angelenkten Druckmittelzylinders 39 bewegbar. An seinem freien Ende trägt der
Ausleger 12 als Grabeinheit ein Schaufelrad 40, das die abgeschürften Materialien
in eine zum Hauptfahrzeug führende flexible Förderleitung 41 entlädt. Zweckmäßigerweise
sind mit der flexiblen Förderleitung auch die Stromversorgungs- und Steuerkabel
verbunden.
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Das an der Wasseroberfläche befindliche Gerät zum Abbauen von Mineralien
wird durch Fluten der Ballasttanks auf den Meeresboden abgesenkt. Dabei ist es möglich,
das Gerät durch Betätigen der Antriebsaggregate 8 und 37 zusätzlich in jeder beliebigen
waagerechten Richtung längs und quer zum Rahmengestell zu verfahren. In der Ausgangsstellung
des Gerätes werden die Arretierstifte 11 durch die Druckmittelzylinder 10 in den
Meeresboden getrieben. Der Brückenträger 14 befindet sich in seiner hintersten Stellung,
d.h. er stößt gegen das vordere Ende des Schwenkarms 13. Der Aufleger 12 befindet
sich in gehobener Stellung.
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Zum Anschnitt wird der Schwenkarm 13 - und damit die gesamte Auslegeranordiung
- in eIne, z.B. die linke, Endstellung geschwenkt. Dann wird der Ausleger 12 mit
bereits drehendem Schaufelrad 40 abgesenkt. Durch Betätigen des Drehantriebs 36
wird das Antriebs aggregat 37 quer zum Brückenträger ausgerichtet. Das Antriebsaggregat
37 erzeugt eine quer zur Auslegeranordnung gerichtete Schubkraft, so daß das Schaufelrad
40 auf einer Kreislinie seitlich bewegt wird.
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Wenn die Auslegeranordnung die andere - in diesem Fall die rechte
- Endlage erreicht hat, wird der Arretierstift 31 durch den Druckmittelzylinder
32 aus den betreffenden Ausnehmungen 42 zurückgezogen, und das Antriebsaggregat
37 durch den Drehantrieb 36 in Längsrichtung zurückyedreht. Durch Betätigen des
Antriebsaggregats 37 wird der Brückenträger 14 relativ zum Schwenkarm 13 nach vorne
bewegt, wobei vorausgesetzt ist, daß die Fußplatten 35 der Stützbeine 33 eingezogen
sind. Wenn der Brückenträger 14 um eine Schnitttiefe bewegt worden ist, wird er
durch den Arretierstift 31 erneut festgestellt und das Antriebsaggregat 37 in entgegengesetzter
Richtung quer zum Brükkenträger 14 gedreht, so daß die gesamte Auslegeranordnung
nunmehr nach links verfährt.
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Wenn der Brückenträger 14 seine größtmögliche Relativverschiebung
zum Schwenkarm 13 erreicht hat, werden die Fußplatten 35 der Stützbeine 33 - bei
mittiger Stellung der Auslegeranordnung - durch die Druckmittelzylinder 34 ausgefahren,
so daß sich der Brückenträger 14 mit seinem hinteren Ende unmittelbar auf dem Meeresboden
abstützt.
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Danach werden die Arretierstifte 11 mit Hilfe der Druckmittelzylinder
10 aus dem Meeresboden herausgezogen und
der Arretierstift 31 erneut
eingezogen. Nunmehr kann -bei erhobenem Ausleger 1-2 - das Rahmengestell 1 durch
Betätigen der Antriebsaggregate 8 so weit nach vorne bewegt werden, bis der Schwenkarm
13 am vorderen Ende des Brückenträgers 14 anschlägt. Für die Fortbewegung des Rahmengestells
1 empfiehlt es sich, die Ballasttanks 3a bis 3d teilweise zu lenzen ("entfluten").
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Nach erneuter Fixierung des Rahmengestells 1 durch die Arretierstifte
11 wiederholen sich die Abbauschritte.
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Wenn das Antriebs aggregat 37 das Schaufelrad 40 über die Auslegeranordnung
2 seitlich bewegt, so wirkt auf den am Rahmengestell 1 befestigten Zapfen 15 eine
Reaktionskraft ein, die auf das Rahmengestell 1 ein Moment ausübt. Um die Arretierstifte
bei der Aufnahme dieses Moments zu entlasten, kann eines der Antriebsaggregate 8
betätigt werden, das eine dieses Moment aufhebende Kraft erzeugt.
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Die durch die Schubkraft des Antriebsaggregates 37 erzeugte Seitwärtsbewegung
der Auslegeranordnung 2 ist abhängig von dem seitlichen Grabwiderstand, den das
auf dem Meeresboden befindliche Material dem Schaufelrad 40 entgegensetzt. Um die
Auslegeranordnung 2 auch bei wechselndem Grabwiderstand mit möglichst gleichmäßiger
Winkelgeschwindigkeit schwenken zu können, ist das Antriebsaggregat 37 über eine
Servosteuerung mit einem Schwenktrieb 43 verbunden, wobei der Schwenktrieb 43 am
Rahmengestell 1 befestigt und mit dem Schwenkarm 13 der Auslegeranordnung 2 gekoppelt
ist.
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Der Schwenktrieb 43 ist als handelsübliche Baueinheit ausgebildet
und als solche an einer am Rahmengestell 1 angebrachten Halterung 44 befestigt.
Das Gehäuse 45 des Schwenktriebes 43 weist einen zu einem Zahnrad 46 mittig unterbrochenen
Zylinder 47 auf und enthält einen mit einer Geradverzahnung 48 und zwei Dichtflächen
49 versehenen Kolben 50, der in dem Zylinder 47 gleitbar gelagert ist und mit dem
Zahnrad 46 in Eingriff steht.
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Das Zahnrad 46 ist über eine Welle 51 mit einem Ritzel 52 verbunden,
das wiederum mit einem an der Konsole 19 des Schwenkarms 13 angebrachten Zahnkranz
53 in Eingriff steht.
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Der Schwenktrieb 43 ist an jeder Stirnseite des Zylinders 47 an je
einer Leitung 54 bzw. 55 angeschlossen, die wiederum über ein 4/3-Wegeventil 56
wechselweise mit einer Pumpe 57 als Druckmittelquelle bzw. einem drucklosen Tank
58 verbunden oder kurzgeschlossen werden können. Das Ventil 56 ist elektromagnetisch
betätigbar und zwischen zwei Endstellungen stufenlos einstellbar. Die Leitungen
54, 55 sind über ein Wechselventil 59 mit zwei sperrbaren Zuflußleitungen 54' bzw.
55' und einer Abflußleitung 60 mit einem Druckmeßgerät 61 verbunden, das wiederum
mit einem veränderlichen Widerstand 62 als mechanisch-elektrischem Umformglied gekoppelt
ist.
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Der Propeller 7 des Antriebsaggregates 37 ist mit einem Hydromotor
63 mit im wesentlichen konstantem Verdrängungsvolumen je Umdrehung (sogenannter
Konstantmotor) gekuppelt. Der Hydromotor 63 ist mit einer von einem Elektromotor
64 angetriebenen Verstellpumpe 65 kurzgeschlossen, wobei die Verstellpumpe 65 durch
einen Hydraulikzylinder 66
steuerbar ist. Der einfachwirkende Hydraulikzylinder
66 ist über ein Servoventil 68 mit einer Hydropumpe 69 als Druckmittelquelle verbunden.
Das Servoventil 68 ist durch einen Elektromagneten 74 stufenlos veränderlich und
eignet sich zur Umformung veränderlicher elektrischer Signale in hydraulischen Druck.
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Der mit dem Druckmeßgerät 61 gekoppelte veränderliche Widerstand 62
ist elektrisch jeweils eingangsseitig mit einem Leistungsverstärker 70 und mit einem
Regelverstärker 72 verbunden. Der Leistungsverstärker 70 weist einen zusätzlichen
Eingang 71 für den Ausgang des Regelverstärkers 72 auf. Auf der Ausgangsseite ist
der Leistungsverstärker 70 mit dem stufenlos betätigbaren Elektromagneten 74 des
Servoventils 68 verbunden. Der Regelverstärker 72 ist eingangsseitig außerdem mit
einem mit dem Hydromotor 63 gekoppelten Tachogenerator 73 verbunden.
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Zum Schwenken der Auslegeranordnung 2 m Sinne einer Linksdrehung wird
das 4/3-Wegeventil 56 in die in Fig. 7 dargestellte Stellung gebracht. Dadurch wird
der mit der Leitung 54 verbundene Raum des Zylinders 47 mit dem steuerbaren Verdrängervolumen
der Pumpe 57 beaufschlagt. Der mechanische Widerstand der Auslegeranordnung 2 erlaubt
es nicht, daß sich der mit ihr gekoppelte Kolben 50 bewegt.
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Folglich steigt der hydraulische Druck -p in der Leitung 54 und im
Zylinder 47 weiter an und wird über die Leitung gen 54', 60 bis zum Druckmeßgerät
61 übertragen. Das Wechselventil 59 sperrt derweil den Zugang zur drucklosen Seite
mit der Leitung 55'.
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Das Druckmeßgerät 61 betätigt den Widerstand 62, wodurch der hydraulische
Druck p in einen analogen elektrischen Strom 1 = i(p) umgesetzt wird, der in den
Leistungsverstärker 70 und in den Regelverstärker 72 eingegeben wird. Im Leistungsverstärker
70 wird der Strom 1 auf 1 = c . 1 verstärkt. Der verstärkp c p te Strom 1c erregt
den Elektromagneten 74, der das Servoventil 68 entsprechend öffnet.
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In der in Fig. 8 dargestellten Stellung wird der Hydraulikzyllnder
66 an seinem hinteren Ende beaufschlagt, wodurch das Verdrängervolumen je Umdrehung
der Verstellpumpe 65 erhöht wird. Durch den erhöhten Förderstrom läuft der Hydromotor
63 und der mit ihm gekoppelte Propeller 7 des Antriebsaggregates 37 schneller, wodurch
sich dessen Schubkraft erhöht.
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Der mit dem Propeller über den Hydromotor 63 gekoppelte Tachogenerator
73 gibt ein der Drehzahl nist entsprechendes Signal (-) in den Regelverstärker 72.
Im Regelverstärker 72 wird dieses Signal nist mit dem der Somdrehzahl nsoll entsprechenden
Signal (+) verglichen. Das Ausgangssignal + dn des Regelverstärkers 72, das in den
Eingang 71 des Leistungsverstärkers 70 eingegeben wird, beeinflußt korrigierend
den Strom ic für die Erregung des Elektromagneten 74.
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Durch das Wirken der Schubkraft des Antriebsaggregats 37 bewegt sich
die Auslegeranordnung 2 und damit der mit ihr gekoppelte Kolben 50. Der durch die
Bewegung des Kolbens 50 sich nun einstellende Druck p wird zur weiteren Steuerung
des Antriebsaggregates 37 herangezogen.
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Die beschriebene Steuerung kann auch zur Veränderung des von der Winkelgeschwindigkeit
der Auslegeranordnung 2 abhängigen Förderstromes der abgebauten Materialien dienen.
Jeder Stellung des 4/3-Wegeventils 56 entspricht eine zugeordnete Winkelgeschwindigkeit
der Auslegeranordnung 2.